頻率調(diào)制預(yù)習(xí)報(bào)告資料

1、雙蹤示而瞬時(shí)頻率比例常數(shù)k-(一)頻率調(diào)制實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解變?nèi)荻O管調(diào)頻電路的組成與基本工作原理；2、進(jìn)一步掌握實(shí)現(xiàn)調(diào)頻的方法及其電路組成；3、掌握調(diào)頻電路的調(diào)整與測(cè)量方法。二、實(shí)驗(yàn)儀器低頻信號(hào)發(fā)生器高頻信號(hào)發(fā)生器數(shù)字頻率計(jì)直流穩(wěn)壓電源數(shù)字萬(wàn)用表波器 高頻毫伏表三、實(shí)驗(yàn)原理1、頻率調(diào)制(FM)的一般原理頻率調(diào)制，就是用低頻調(diào)制信號(hào)去控制高頻載波的頻率，是高頻載波的振幅不變，隨調(diào)制信號(hào)線性變化。設(shè)調(diào)制信號(hào)：vt二Vmcost載波振蕩電壓為：vc t i=VCm cos ot根據(jù)定義，調(diào)頻時(shí)載波的瞬時(shí)頻率 t隨成線性變化，即門 it = KfV 】coSt = o ：匸-c o s

2、t瞬時(shí)相位;：(t)為：. tk f Vc(t) = 0，(t)dt =： ct- -sin J則調(diào)頻波的數(shù)字表達(dá)式如下：v(t )=Vc-C0Sct+ J- si 碗t =Vc-CO sQ-si nt)或vt =Vcmcos ct M f si nt式中： 二k-V.m是調(diào)頻波瞬時(shí)頻率的最大角頻偏，它與調(diào)制信號(hào)的振幅成正比。 亦稱調(diào)制靈敏度，代表單位調(diào)制電壓所產(chǎn)生的頻偏。式中：M-二k-V.m. -1厶F稱為調(diào)頻指數(shù)，是調(diào)頻瞬時(shí)相位的最大偏移，它的大小反映了調(diào)制深度（Mf可以大于1, Mf越大抗噪聲性能越好，但要占據(jù)更大的信號(hào)帶寬）。由 上公式可見(jiàn)，調(diào)頻波是一等幅的疏密波，可以用示波器觀察其

3、波形。2、變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路變?nèi)荻O管是單項(xiàng)導(dǎo)電器件。在反偏時(shí)，它的 PN結(jié)呈現(xiàn)一個(gè)與反向偏壓有關(guān)的結(jié)電容 Cj， 利用其特性可使振蕩頻率隨外加電壓 而變化，實(shí)現(xiàn)調(diào)頻。Cj與、的關(guān)系曲線是非線性的，所 以變?nèi)荻O管電容Cj屬于非線性電容。Cj受反向偏壓控制的特性曲線，簡(jiǎn)稱Cj曲線，如下圖所示e卜變?nèi)荻O管結(jié)電容與外加電壓的關(guān)系可表示為:C jonVbC廠v(1 )式中Cjo為變?nèi)荻O管在零偏時(shí)的電容值；Vb是變?nèi)荻O管的勢(shì)壘電位差（硅管約為0.7V，鍺管約為0.20.3V ）; n位變n丄6容指數(shù)，通常 3；是變?nèi)荻O管的外加偏壓，包括靜態(tài)工作電壓Vq和調(diào)制信號(hào)電壓V1，即 V = -Wq

4、 +V，且 |心%。當(dāng) v = Vq v (t) =Vq V m C0St時(shí)C jQC Cj()_j (i . vq 鮎)n (1 m cos11)n (Vb )(1)其中CjQCj(O)Vmm二_(1.VQ)n，VqVb(Vb)CjQ為加在變?nèi)莨軆啥说碾妷簐 =-Vq時(shí)變?nèi)荻O管的結(jié)電容，即靜態(tài)工作點(diǎn)處的結(jié)電容;m為結(jié)電容調(diào)制深度的調(diào)制指數(shù)，稱為電容調(diào)制度當(dāng)振蕩器的振蕩回路中僅包含一個(gè)電感L和一個(gè)變?nèi)荻O管(等效電容為Cj )時(shí)，若設(shè)調(diào)制信號(hào)v(t) rVimCOSt，振蕩頻率可表示為nf(t) =fc(1 mccos4)2( 2)fc =1其中丄CjQ，是當(dāng)v= 0時(shí)的振蕩頻率，即調(diào)頻電路

5、中心頻率(載波頻率)，其值由Vq控制，f (t)稱為瞬時(shí)角頻率。公式(2)稱為調(diào)頻特性方程。只有當(dāng)n = 2時(shí)，才能實(shí)現(xiàn)線性調(diào)頻，此時(shí)角頻偏為w(t)二WcVbVq(3)在n =2時(shí)，調(diào)頻過(guò)程將產(chǎn)生非線性失真。不過(guò)，如果Vm較小，且Vq合適的話，調(diào)頻非線性失真很小，此時(shí)有fosc(t)fc1 nmcost 衛(wèi)(n T)m2 cos2t24 2(4)由上式可以得到調(diào)頻波的線性角頻偏為f(t)nm ccos 4 二nfc2(Vb Vq)V m cos11nfc2(Vb Vq)(5)最大線性頻偏調(diào)頻靈敏度中心頻率偏離量nmfc2(6)fm _nfcVm2(Vb Vq) Vm2fc(7)(8)為了提高

6、直接調(diào)頻中心頻率的穩(wěn)定性和調(diào)制線性，在直接調(diào)頻的LC正弦振蕩電路中,般采用下圖電路:C1 :-lb1uF1mH:C2HFItiFl : Dt1MO64C 十 G CC-C2 Cj(9)由此可以得到單頻率調(diào)制是，回路總電容隨v（t）變化關(guān)系為C2CjQC(1 mcost)n CjQ=GC2CjQC 2(V x)n CjQ(10)相應(yīng)的調(diào)頻特性方程為osc ( X)_1_.LC tL(Ci*C2CjQ)C2(1 x)n CjQ)(11)當(dāng)C1、C2確定后，根據(jù)（11）可以求出變?nèi)荻O管部分接入時(shí)直接調(diào)頻電路提供的最大頻偏為fmn mfc2 p(12)式中2 L(C1C2CjQ )C2CjQ )P

7、=(1 PJ(1P2P1P2)調(diào)頻靈敏度Pl =CjQC2fm 二nfcVm2(Vb Vq)p調(diào)頻靈敏度和上式（7）相比減小了 p倍對(duì)調(diào)頻電路的性能要求主要由調(diào)制線性、最大頻偏、調(diào)制靈敏度及中心頻率穩(wěn)定度等決定。前3項(xiàng)可從靜態(tài)頻率調(diào)制特性f v曲線上估測(cè)出來(lái)。（3）變?nèi)荻O管Cj：特性的測(cè)量，Cj：的特性可用替代法測(cè)量方法如下:1） 先不加變?nèi)荻O管電路（斷開(kāi)開(kāi)關(guān) S1, S2, S3）,測(cè)量此時(shí)的振蕩頻率為fosc。由圖可知:1fosc- 式中，L即為L(zhǎng)1 , C1=（C2,C3,C4總串聯(lián)電容）+C5+C （分布）JlcZ2）在回路電容C5兩端并聯(lián)一個(gè)已知電容Ck（將開(kāi)關(guān)S1閉合，開(kāi)關(guān)S2

8、,S3斷開(kāi)）,測(cè)量此時(shí)的振蕩頻率fk,則有- 由以上兩式得2二 丫 L（C Ck）C Jfo2sc-fCk2( fo sc- fk)3）去掉Ck（斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S1）,加上變?nèi)莨埽▽㈤_(kāi)關(guān)S2閉合，S3斷開(kāi)）及其偏置電路，設(shè)相應(yīng)于VQ的結(jié)電容為CjQ,測(cè)量此時(shí)的振蕩頻率fj,則有OSC - fjL（CQ）由以上兩式得CjQ2-C2(fosc- fj)c fC改變R8,測(cè)量出不同VQ時(shí)的fj,計(jì)算出相應(yīng)的Cj,從而可得到變?nèi)荻O管的Cj：曲線。（4）調(diào)制靈敏度單位調(diào)制電壓所引起的頻偏稱為調(diào)制靈敏度，以Sf表示，單位為KHz/V，即式中，um為調(diào)制信號(hào)的幅度（峰值）。f為變?nèi)莨艿慕Y(jié)電容變化Cj時(shí)引起的頻率

9、變化量1 ACf- -fosc 若定義變?nèi)荻O管在靜態(tài)工作點(diǎn) VQ處Cj：的特性曲線的斜率為2 C送Cf fScC,以調(diào)制信號(hào)電壓幅度V代替v,則厶C = SMm可得S-竺 丄Sc可見(jiàn)由測(cè)得的心V八CkCj：曲線，求出VQ處的斜率Sc,即可計(jì)算出頻率調(diào)制靈敏度 Sf（5）交流通路如下:R4：l.pkD：:2N1711:C6 := 20pF4-4-C2aTl-四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（開(kāi)關(guān)KJ在此實(shí)驗(yàn)中始終處于閉合狀態(tài)）1、準(zhǔn)備熟悉電路中各元件的作用和在測(cè)試電路中的位置。斷開(kāi)開(kāi)關(guān)k4、1/1 2/1, Pin處不加信號(hào)，用示波器和頻率計(jì)測(cè)量out的波形及頻率。 接通開(kāi)關(guān)1/1 2/1,斷開(kāi)k4, Pin處不

10、加信號(hào)，調(diào)整虛框內(nèi)DW1，使電壓VQ=4V（D點(diǎn)電壓） 左右；適當(dāng)調(diào)整C5、虛框外DW1，使out處輸出波形較好，振蕩頻率約為 4MHz左右。2、測(cè)量Cj v特性，靜態(tài)頻率調(diào)制特性和頻率調(diào)制靈敏度（1）接通1/1 2/1,斷開(kāi)k4，Pin處不加信號(hào)，逐點(diǎn)改變虛框內(nèi) DW1的大小，測(cè)量并記錄電壓 VQ（ D點(diǎn)）（用數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)）及與VQ相對(duì)應(yīng)的out處的頻率fj，填入表格，繪制fj VQ 曲線，該曲線，即為靜態(tài)頻率調(diào)制特性。VQ (V)23456789fj(MHz)斷開(kāi)1/1 2/1,斷開(kāi)k4，Pin處不加信號(hào)（即去掉變?nèi)荻O管及其偏置電路），測(cè)量并記 錄此時(shí)Out的振蕩頻率fosc接通K4，斷

11、開(kāi)1/1 2/1, Pin處不加信號(hào)（即在回路電容 C5兩端并聯(lián)一已知電容C6）,記錄此時(shí)out的振蕩頻率fk（4）計(jì)算C、Cj,并填入表格，繪制變?nèi)荻O管的 Cjv特性曲線。VQ（ V）23456789C /pFScoscCkkScf 2 _ f 2此處的Cj二CjQ二上 Cv（fj對(duì)應(yīng)于上表中） fjCj-V特性曲線繪制圖如下：計(jì)算頻率調(diào)制靈敏度Sf由Cj v曲線計(jì)算VQ=4V時(shí)的斜率Sc,3、觀察調(diào)頻信號(hào)波形（1） 斷開(kāi)K4，閉合開(kāi)關(guān)1/1 2/1，Pin處接入音頻信號(hào)，調(diào)整虛框內(nèi) DW1，使VQ=4V ;調(diào)整 虛框外DW1，使輸出波形正常。（2）斷開(kāi)K4，閉合開(kāi)關(guān)1/1 2/1，Pin

12、處接入音頻信號(hào)，并調(diào)整音頻信號(hào)輸出電壓（峰峰值） Vpp2V，觀察輸出out的調(diào)頻信號(hào)波形；適當(dāng)調(diào)整調(diào)制信號(hào)幅度，觀察調(diào)頻信號(hào)波形的變化。音頻電壓Vpp/V21.510.50波形4、觀察調(diào)制信號(hào)電壓幅度對(duì)調(diào)頻信號(hào)中心頻率的影響（1）令Vm=0，測(cè)量輸出信號(hào)的振蕩頻率。（2）改變Vm使其由小增大，觀察輸出信號(hào)頻率的變化趨勢(shì)（3）說(shuō)明調(diào)制信號(hào)電壓幅度對(duì)調(diào)頻信號(hào)中心頻率的影響。音頻電壓Vpp/V00.511.52f osc（二）鑒頻器實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告一、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容乘積型相位鑒頻器鑒頻特性測(cè)試二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 進(jìn)一步理解鑒頻的基本原理及實(shí)現(xiàn)方法；2. 掌握乘積型相位鑒頻器的工作原理、實(shí)現(xiàn)電路與測(cè)量方法；3.

13、 進(jìn)一步掌握頻率特性測(cè)量?jī)x的使用方法。三、儀器與設(shè)備低頻信號(hào)發(fā)生器高頻信號(hào)發(fā)生器直流穩(wěn)壓電源數(shù)字萬(wàn)用表雙蹤示波器高頻毫伏表 頻率特性測(cè)量?jī)x三、實(shí)驗(yàn)原理1. 鑒頻器的實(shí)驗(yàn)原理能夠完成對(duì)調(diào)頻信號(hào)解調(diào)的電路稱為鑒相器，它是從頻率已調(diào)波中不失真地還原出原調(diào)制信 號(hào)的過(guò)程，它們的任務(wù)是把載波頻率的變化變換成電壓的變化。其基本方法是將調(diào)頻波進(jìn)行特定的波形變換，使變換后的波形中包含有反映調(diào)頻波瞬時(shí)頻率變化規(guī)律的某種參量，如幅度、 相位或平均分量，然后設(shè)法檢測(cè)出這個(gè)參量，即得到原始調(diào)制信號(hào)。就其功能而言，盡管鑒頻器的輸出Vo（t）是在輸入信號(hào)v（t）作用下產(chǎn)生的，但二者卻是截然不同的兩種信號(hào)，如圖所示。q(G

14、 噸1 鑒頻器 i顯然，鑒頻器將輸入調(diào)頻波的瞬時(shí)頻率f（t）（或偏頻.if（t）d的變化變換成了輸出電壓v（t） 的變化，這種變化特性稱為鑒頻特性，它是鑒頻器的主要特性。在線性解調(diào)的理想情況下，此 曲線為直線，但實(shí)際上往往有彎曲，呈“ S”型，簡(jiǎn)稱S曲線，如圖（b）。鑒頻器的主要指標(biāo)有鑒頻線性范圍2 f max和鑒頻靈敏度Sd鑒頻線性范圍是指鑒頻特性曲線中近似直線段的頻率范圍，用max表示，如圖561( b)2 f max應(yīng)大于輸入調(diào)所示。表明鑒頻器實(shí)現(xiàn)不失真的解調(diào)所允許的頻率變化范圍。因此要求 頻波最大頻偏的兩倍，即2 f max也可以稱為鑒頻器的帶寬鑒頻靈敏度Sd是指在中心頻率附近，單位頻

15、偏產(chǎn)生的解調(diào)輸出電壓的大小，即f (t)二fc(f(t)= 0)附近曲線的斜率，如圖(b)所示，即Sd：vo1 ff (t)=fc顯然，鑒頻靈敏度越高，意味著鑒頻特性曲線越陡峭，鑒頻能力越強(qiáng) 乘積型相位鑒頻器的實(shí)驗(yàn)框圖如圖所示同步檢披器、鑒頻器12R3dnubK1皿 胤 憫 祖12 Output可MCzz10 Came! InpulUweN/C8 Input Carrier圖 （a）MC1496內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 （b）MC1496引腳圖3.實(shí)驗(yàn)電路分析晶體管BG1用作射隨器（作為隔離級(jí)）;C2 C3 L構(gòu)成并聯(lián)諧振回路，用作移相網(wǎng)絡(luò)；MC1496 集成模擬乘法器及其輸出電路構(gòu)成乘積型相位鑒頻器；R1

16、3 C10組成低通濾波器。MC149是雙平衡四象限模擬乘法器。其內(nèi)部電路圖和引腳圖如圖所示。引腳8與10接輸入電壓v,，1與4接另一輸入電壓v2，輸出電壓U從引腳6與12輸出。引腳2 與3外接電阻R,引腳4與8所對(duì)應(yīng)的三極管構(gòu)成對(duì)差分放大器產(chǎn)生串聯(lián)電流負(fù)反饋，以 擴(kuò)展輸入電壓v的線性動(dòng)態(tài)范圍。引腳 1與4為負(fù)電源端或接地端，引腳5外接電阻。用來(lái)調(diào)節(jié)偏置電流及鏡像電流的值。四、實(shí)驗(yàn)步驟及內(nèi)容1、用示波器測(cè)量（1） 按照電路圖連接電路，將開(kāi)關(guān) K1閉合，K2接1端口。檢查無(wú)誤后接通電源。（2） 適當(dāng)調(diào)整調(diào)頻波輸出，使輸入的調(diào)頻信號(hào) Vp4汨300mV。仔細(xì)調(diào)整L,使移相網(wǎng)絡(luò)諧振于FM信號(hào)中心頻率。

17、觀察并記錄波形。此時(shí)輸出端 V。點(diǎn)應(yīng)得到較好的低頻調(diào)制信號(hào)波形。（3）觀察鑒頻輸出Vo波形a. 改變K3的位置（接入不同電阻，阻值分別為 10KQ、4.7K Q、75KQ ），觀察并記錄鑒頻輸出變化情況。選定一較好的電阻值。b. 改變輸入調(diào)頻波信號(hào)Vfm的幅度Vpp，觀察并記錄鑒頻輸出變化。選定一合適的信號(hào)幅度Yp _p）。c. 改變調(diào)制信號(hào)V _，幅度v.（p_p），觀察并記錄鑒頻輸出變化。選定一合適的信號(hào)幅度V.（p）d. 對(duì)a、b、c結(jié)果進(jìn)行總結(jié)。（4）用逐點(diǎn)法測(cè)量鑒頻特性曲線逐點(diǎn)法：用高頻信號(hào)源和晶體管毫伏表。將高頻信號(hào)源輸出的等幅信號(hào)加到實(shí)驗(yàn)板的輸入端，晶體管毫伏表接到實(shí)驗(yàn)板的輸出端， 并將晶體管毫伏表的工作種類開(kāi)關(guān)按到零位， 測(cè)量實(shí)驗(yàn)板的輸出直流電壓，改變高頻信號(hào)源的頻率（保持其輸出電壓不變），測(cè)量出輸出直流電壓隨高頻信號(hào)源頻率變化的關(guān)系，把各點(diǎn)連接起來(lái)即可得到鑒頻特性曲線。測(cè)試條件：輸入等幅信號(hào)（Vp）=200mV。改變高頻信號(hào)源的頻率